Уровень техники
Изобретение относится к способу изготовления керамической многослойной подложки согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.State of the art
The invention relates to a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate according to the preamble of claim 1.
Способ изготовления керамической многослойной подложки известен, например, из DE 4309005. В этом способе пленки из сырой керамики, т.е. гибкие, необожженные керамические пленки в необработанном сыром состоянии снабжают печатными проводниками и металлизированными отверстиями для межслойных соединений. С этой целью в сырых керамических пленках сначала пробивают отверстия для межслойных соединений. Затем на керамические пленки токопроводящей пастой наносят проводники методом трафаретной печати. Предварительно пробитые отверстия для межслойных соединений заполняют токопроводящей пастой либо при печатании проводников, либо во время проведения отдельного процесса печатания перед нанесением печатных проводников. Этот способ применяется также для изготовления НТОК-подложек (получаемая низкотемпературным совместным обжигом керамика), отличающихся от остальных керамических многослойных подложек тем, что применяют керамические пленки, которые можно подвергать обжигу уже при температурах ниже 900oС. Такие низкие температуры спекания позволяют применять при изготовлении печатных проводников недорогие токопроводящие пасты. После нанесения печати на керамические пленки последние сушат и набирают в пакет. Затем полученный таким образом пакет ламинируют и в завершение обжигают.A method of manufacturing a ceramic multilayer substrate is known, for example, from DE 4309005. In this method, raw ceramic films, i.e. flexible, unbaked ceramic films in the raw raw state are provided with printed conductors and metallized holes for interlayer connections. For this purpose, holes for interlayer joints are first punched in raw ceramic films. Then conductors are applied to the ceramic films with conductive paste by screen printing. Pre-punched holes for interlayer connections are filled with conductive paste either when printing conductors, or during a separate printing process before applying printed conductors. This method is also used for the manufacture of NTOK substrates (obtained by low-temperature co-firing of ceramics), which differ from other ceramic multilayer substrates in that ceramic films are used that can be fired even at temperatures below 900 o C. Such low sintering temperatures make it possible to use in the manufacture printed conductors are inexpensive conductive pastes. After printing on ceramic films, the latter are dried and collected in a bag. Then the package thus obtained is laminated and finally burned.
Токопроводящие пасты, применяемые в известных из уровня техники способах изготовления керамических многослойных подложек, содержат органический легколетучий растворитель, который частично диффундирует в сырые керамические пленки. Такими растворителями являются, например, спирты или терпинеолы. После печатания проводников, соответственно металлизации сквозных отверстий, и перед набором в пакет и обжигом сырых керамических пленок последние должны быть высушены в соответствующем сушильном аппарате, поскольку наносимая на керамические пленки токопроводящая паста не может быть введена обжигом в пленки в невысушенном состоянии из-за опасности того, что спонтанное испарение содержащегося в токопроводящей пасте растворителя при высоких температурах обжига керамических пленок приведет к образованию трещин и пузырей в керамических многослойных подложках. При этом наиболее существенный недостаток заключается в том, что процесс сушки сырых керамических пленок связан с достаточно дорогостоящим прерыванием технологического процесса изготовления подложек. Отдельные керамические пленки сушат при слегка повышенных температурах до тех пор, пока не испарится подавляющая часть растворителя. Кроме того, при испарении растворителя из токопроводящей пасты и при испарении растворителя, диффундировавшего в керамические пленки, происходит нежелательная усадка печатных проводников и керамических пленок. Поскольку не все керамические пленки дают в точности одинаковую усадку, на сырых керамических пленках могут возникать искажения структуры печатных проводников. При наборе керамических пленок в пакеты после сушки могут иметь место смещения и сдвиги между печатными проводниками и металлизированными отверстиями двух расположенных одна над другой керамических пленок, которые могут частично или полностью нарушить осуществление электрического контакта в заданных местах. Полученная после обжига многослойная подложка становится вследствие этого непригодной для использования. Conductive pastes used in prior art methods for manufacturing ceramic multilayer substrates contain an organic volatile solvent that partially diffuses into the raw ceramic films. Such solvents are, for example, alcohols or terpineols. After the conductors are printed, respectively, the through holes are metallized, and before the raw ceramic films are put into the bag and fired, the latter must be dried in an appropriate dryer, since the conductive paste applied to the ceramic films cannot be fired into the films in an un-dried state due to the risk of that spontaneous evaporation of the solvent contained in the conductive paste at high firing temperatures of ceramic films will lead to the formation of cracks and bubbles in the ceramic x multilayer substrates. In this case, the most significant drawback is that the drying process of raw ceramic films is associated with a rather costly interruption of the technological process of manufacturing substrates. Individual ceramic films are dried at slightly elevated temperatures until the vast majority of the solvent evaporates. In addition, when evaporating the solvent from the conductive paste and evaporating the solvent diffused into the ceramic films, undesired shrinkage of the printed conductors and ceramic films occurs. Since not all ceramic films exhibit exactly the same shrinkage, distorted structure of printed conductors may occur on raw ceramic films. During the collection of ceramic films into packages after drying, there may be displacements and shifts between the printed conductors and the metallized holes of two ceramic films located one above the other, which may partially or completely interfere with the electrical contact at specified locations. The multilayer substrate obtained after firing becomes therefore unsuitable for use.
Краткое описание изобретения
Существенное преимущество предлагаемого согласно изобретению способа с отличительными признаками главного пункта формулы изобретения по сравнению с известным способом заключается в том, что сырые керамические пленки не требуют сушки перед их набором в пакет. Благодаря применению токопроводящей пасты, содержащей в качестве печатной основы воск и не содержащей легколетучих растворителей, отпадает связанная с определенными затратами времени стадия сушки сырых керамических пленок. Пленки можно набирать в пакет и подвергать обжигу непосредственно после печатания проводников и получения металлизированных отверстий. Поскольку не требуется времени на сушку, процесс изготовления керамических многослойных подложек может быть значительно ускорен. Кроме того, большим преимуществом является устранение усадки печатных проводников и сырых керамических пленок перед обжигом. Тем самым исключается искажение прецизионных структур печатных проводников на сырых керамических пленках. При наборе в пакет и обжиге керамических пленок обеспечивается также образование в заданных местах электрических контактов между печатными проводниками и межслойными соединениями двух расположенных одна на другой керамических пленок. В конечном итоге точность изготовления керамической многослойной подложки благодаря этому существенно повышается.SUMMARY OF THE INVENTION
A significant advantage of the method according to the invention with the distinguishing features of the main claim in comparison with the known method is that the raw ceramic films do not require drying before they are set in a bag. Thanks to the use of a conductive paste containing wax as a printing substrate and not containing volatile solvents, the drying stage of raw ceramic films associated with a certain amount of time is eliminated. Films can be stacked and fired immediately after printing the conductors and producing metallized holes. Since no drying time is required, the manufacturing process of ceramic multilayer substrates can be significantly accelerated. In addition, the great advantage is the elimination of shrinkage of printed conductors and raw ceramic films before firing. This eliminates the distortion of the precision structures of printed conductors on raw ceramic films. When the ceramic films are stacked and fired, the formation of electrical contacts between the printed conductors and the interlayer connections of two ceramic films located on top of one another is also ensured. Ultimately, the accuracy of the manufacture of a ceramic multilayer substrate due to this is significantly increased.
Описание примера выполнения
Для изготовления керамической многослойной подложки применяют необожженные сырые керамические пленки. Эти сырые керамические пленки состоят из керамических частиц, неорганического связующего и органического связующего. Материалы, пригодные для этих компонентов, описаны, например, в патенте US 5085720. Сырые керамические пленки имеют гибкую структуру и хорошо поддаются обработке. Так, например, пробивка отверстий для межслойных соединений в этой фазе изготовления подложки является легко осуществимой операцией. После выполнения в керамических пленках сквозных отверстий последние за одну стадию проведения процесса печатания заполняют токопроводящей пастой. На последующей стадии процесса печатания на керамические пленки наносят печатные проводники. При печатании в качестве печатной основы применяют токопроводящую пасту, которая не содержит никаких легколетучих растворителей. Токопроводность пасты обеспечивается наличием большого количества мелких частиц металла, например, частиц серебра с размером от 0,5 мкм до 10 мкм. В качестве печатной основы токопроводящая паста содержит состоящий из органических соединений воск, который при температуре ниже температурного интервала приблизительно от 40 до 70oС находится в состоянии от твердого до пластичного, а выше этого температурного интервала, не разлагаясь, переходит в жидкотекучее состояние. Наиболее пригодными для этой цели являются токопроводящие пасты с воском, который при температуре приблизительно от 60 до 70oС переходит в жидкое состояние. При изготовлении печатных проводников и металлизированных отверстий на сырых керамических пленках токопроводящую пасту нагревают до температуры выше 70oС, благодаря чему паста становится пригодной для печати и имеет необходимые для процесса печатания реологические свойства. Пасты такого типа в настоящее время имеются на рынке, например, пасты под названием ENVIROTHERM для других целей применения. Поскольку печатная паста не содержит никакого легколетучего растворителя, отсутствует также диффузия растворителя в сырые керамические пленки в процессе печатания. Отпадает, следовательно, необходимость в сопровождаемой усадкой сушке керамических пленок, при которой легколетучие растворители испаряются из токопроводящей пасты и керамических пленок. После печатания проводников воск застывает в токопроводящей пасте в течение короткого времени охлаждения, благодаря чему положение и размеры печатных проводников фиксируются на сырых керамических пленках. После этого сырые керамические пленки без сушки можно набирать в пакет с точным соблюдением ориентации.Description of execution example
For the manufacture of a ceramic multilayer substrate, unbaked raw ceramic films are used. These raw ceramic films are composed of ceramic particles, an inorganic binder, and an organic binder. Materials suitable for these components are described, for example, in US Pat. No. 5,085,720. Raw ceramic films have a flexible structure and are easy to process. So, for example, punching holes for interlayer connections in this phase of the manufacture of the substrate is an easy operation. After making through holes in ceramic films, the latter are filled with a conductive paste in one step of the printing process. At a subsequent stage in the printing process, printed conductors are applied to ceramic films. When printing, a conductive paste that does not contain any volatile solvents is used as the printing substrate. The conductivity of the paste is ensured by the presence of a large number of small metal particles, for example, silver particles with a size of from 0.5 μm to 10 μm. As a printing substrate, the conductive paste contains wax consisting of organic compounds, which, at a temperature below the temperature range of about 40 to 70 ° C., is in the solid to plastic state, and above this temperature range, without decomposition, it passes into a fluid state. The most suitable for this purpose are conductive pastes with wax, which at a temperature of from about 60 to 70 o With turns into a liquid state. In the manufacture of printed conductors and metallized holes on raw ceramic films, the conductive paste is heated to a temperature above 70 o C, due to which the paste becomes suitable for printing and has the rheological properties necessary for the printing process. Pastes of this type are currently available on the market, for example pastes called ENVIROTHERM for other uses. Since the printing paste does not contain any volatile solvent, there is also no solvent diffusion into the raw ceramic films during printing. Consequently, there is no need for ceramic films accompanied by shrinkage, in which volatile solvents evaporate from conductive paste and ceramic films. After printing the conductors, the wax solidifies in the conductive paste for a short cooling time, due to which the position and dimensions of the printed conductors are fixed on raw ceramic films. After this, the raw ceramic films can be packaged without drying in the exact orientation.
Поскольку нанесенный с высокой точностью на сырые керамические пленки проводящий рисунок застывает непосредственно после охлаждения токопроводящей пасты, дополнительные меры по стабилизации с целью исключить искажения или деформацию проводящего рисунка не требуются. Полученный таким образом пакет ламинируют и в заключение обжигают в печи. При обжиге органические компоненты сырых керамических пленок сгорают без остатка. В итоге при спекании образуется собственно керамическая подложка, причем органическое связующее служит в качестве матрицы, посредством которой керамические частицы связываются друг с другом. Одновременно происходит пиролиз и улетучивание из пакета через пористую керамику органического воска, содержащегося в токопроводящей пасте нанесенных печатных проводников и металлизированных отверстий. При этом содержащиеся в пасте металлические частицы связываются друг с другом, образуя электропроводящее соединение и формируя предусмотренный в нескольких слоях многослойной подложки проводящий рисунок из электрически соединенных проводников и межслойных соединений. Since the conductive pattern, applied with high precision to raw ceramic films, hardens immediately after cooling of the conductive paste, additional stabilization measures to prevent distortion or deformation of the conductive pattern are not required. The bag thus obtained is laminated and finally burned in an oven. During firing, the organic components of the raw ceramic films are burned without residue. As a result, during sintering, the actual ceramic substrate is formed, the organic binder serving as a matrix through which ceramic particles bind to each other. At the same time, pyrolysis and volatilization of the bag through the porous ceramics of the organic wax contained in the conductive paste of the printed conductors and metallized holes occur. In this case, the metal particles contained in the paste are bonded to each other, forming an electrically conductive compound and forming a conductive pattern of electrically connected conductors and interlayer connections provided in several layers of the multilayer substrate.